盧峙宏　劉嘉瑋

摘 要：城市化進程加快，耕地面積減少，人口規(guī)模的急劇膨脹帶來對糧食的巨大需求，城市立體農場應運而生。本文針對城市立體農場的建設可行性，發(fā)展面臨的困難進行了分析總結，并結合我國現(xiàn)狀，提出了在我國進一步建設城市立體農場的前景與構想。

關鍵詞：城市立體農場 垂直農業(yè) 可持續(xù)發(fā)展

根據(jù)目前最保守的人口預算估算，至2050年，人口將增長30億。預計將需要額外的109公頃的土地來養(yǎng)活這些增長的人口，然而，在城市化進程不斷加快的今天，城市建筑用地侵占大量農田和林地，導致了農田面積的減少，同時人口規(guī)模的急劇膨脹帶來對糧食的巨大需求，許多地方都存在糧食危機。即使在糧食供應充足的地區(qū)，城市里頻發(fā)的食品安全問題使人們也進一步提高了對食品安全問題的關注。在大都市，為了滿足現(xiàn)代人的需求，很多都市農業(yè)觀光園的也逐步興起和擴大。在這些背景下，很多科學家開始對現(xiàn)有的農業(yè)生產模式進行反思，試圖進一步提高土地利用率和產能，因此城市立體農場應運而生。

一、 城市立體農場的概念

所謂城市立體農場，也被稱為城市垂直農場，是為了實現(xiàn)城市糧食與能源供給的一種新型農業(yè)生產模式。城市立體農場在高層建筑中營造出農作物的生長環(huán)境，將農產品、牲畜養(yǎng)殖根據(jù)生長特點分層管理養(yǎng)殖，同時結合能源加工處理系統(tǒng)，擁有集約化，循環(huán)化、可持續(xù)性強的特點。這個概念最初是由美國哥倫比亞大學的環(huán)境學家迪克森·戴斯帕米爾在2000年提出的，并將其定義為一種將大規(guī)模的農業(yè)生產移入高層建筑，以減少對自然土地侵占的技術，也被稱為摩天大樓農業(yè)。

二、建設城市立體農場的可行性分析

城市立體農場作為一種新興的概念，是農學與建筑學、環(huán)境學等學科交叉的產物，它在建設過程中除了對建筑設計有較高的要求外，其他的配套能源技術生物技術支持也必不可少。支撐立體農場作物生長的是現(xiàn)代植物栽培技術，主要是滴灌、無土種植法和水培。所謂滴灌就是利用塑料管道將水通過直徑約10mm毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進行局部灌溉，可以省水省工，增產增收。無土種植法是把作物懸在半空中，由水蒸汽和養(yǎng)料灌輸。水培法是把作物固定在無土水槽里扎根，溶解在水里的營養(yǎng)液在根系周圍循環(huán)。這幾種方法已經成為室內種植農作物的普遍方法，技術也相對成熟。農場電力能源和水資源的供給也是大多采用環(huán)保綠色的方法，尤其重視因地制宜的原則。美國哥倫比亞大學教授迪克森提出的構想是在光照強烈的沙漠地區(qū)，通過設計延綿數(shù)英里的建筑結構，充分利用自然光源進行作物生長和增強光電轉換能力。在沿海等多風的地區(qū)則可以利用風能。在水循環(huán)體系方面，以紐瓦克立體農場的設計為例，利用雨水處理裝置，將可利用的雨水凈化為中水，用于室內生產及生活；將不可以利用部分及生活污水再處理，用于室外農業(yè)澆灌。在廢棄物處理方面，除了前面提到的焚燒轉化為電能，污水再循環(huán)外，還可以在附近修建水產養(yǎng)殖中心，喂養(yǎng)魚、蝦等，將動物的排泄物作為肥料種植農作物，真正實現(xiàn)綠色養(yǎng)殖和資源的循環(huán)再利用。城市立體農場在國外已有小規(guī)模成功的實驗經驗，比較有名的有美國芝加哥的垂直農場，它是由城郊一棟廢棄倉庫改造，已經有兩套垂直種植系統(tǒng)投入使用，目前主要以種植綠色蔬菜為主，同時飼養(yǎng)魚類，并將魚類排泄物作為肥料種植蔬菜。但是目前更大型的垂直農場的還是停留在設計構想階段，現(xiàn)階段比較有名的幾大設計構想是比利時建筑設計師文森特-卡爾博特根據(jù)蜻蜓的雙翼設計了一種所謂的“蜻蜓垂直農場”，加拿大滑鐵盧大學的高登-格拉夫設計的“空中農場”，還有美國的紐約中心農場和紐瓦克立體農場等。

三、發(fā)展面臨的困境與問題

這種立體農場有傳統(tǒng)農場不可比擬的優(yōu)勢，第一，在大樓內縱向種植可以節(jié)約大量的耕地，以應對耕地面積不斷減少的危機。同時將技術、勞力、物資等進行集約生產，降低了因運輸、儲存等帶來的成本。第二，不受氣候等自然因素的影響，生產條件可控，結合無土種植技術可以為不同作物創(chuàng)造最適宜的生長條件，從而達到24小時不間斷生產，進一步實現(xiàn)增產增收。在迪克森教授的設計藍圖中，一座占地一畝，30層高的垂直農場，可以為5萬人提供一年的食物和飲用水。第三，可以發(fā)揮綠色植物的空氣凈化作用，改善大都市的空氣質量。第四，嚴密的監(jiān)控可以提早發(fā)現(xiàn)病蟲害情況，并利用隔離設計，可以有效地防止植物的病蟲害的大規(guī)模傳播。第五，大多數(shù)垂直農場采用玻璃外墻，生產過程清晰透明，在一定程度上消除了消費者對食品安全的擔憂。在此基礎上，它也同時具有觀光、生活、教育等功能，更大的滿足了現(xiàn)代人的生活需要。

但是很多問題使現(xiàn)階段城市立體農場的發(fā)展仍處于構想階段，我認為主要原因有三個。第一，這種新型農場集各種高科技的技術于一體，例如無土栽培，能源再生等，同時需要配套的樓體結構和建筑材料加以支撐，造價成本非常高，在貧困落后地區(qū)不宜推行。第二，在經濟發(fā)達的大都市，城市內房地產價格過高，尤其是在繁華路段，立體農場的收益規(guī)模還未確定，其是否能承受城市的繁華地段的高地價還有待考量，因此沒有投資商貿然行動。第三，公眾對這種城市垂直農業(yè)的模式存在質疑，大樓里集中飼養(yǎng)動物是否會引發(fā)公共衛(wèi)生安全問題，經過處理后的污水進行作物灌溉是否安全，還有大量農業(yè)廢棄物的處理會不會影響城市公共衛(wèi)生等擔憂會影響公眾對垂直農場的接受度。這些問題勢必會對建筑學，生物學和農業(yè)學科提出更高的要求，同時需要配合國家政策的支持，尤其是面對著這種農場高投入、低回報的尷尬境地。

四、我國城市立體農場的前景與構想

歐美發(fā)達國家率先提出了城市立體農場的概念，并做了大量研究。在亞洲，日本東京一座大廈的地下室內也出現(xiàn)了類似的新型農場，利用1000平方米的空間縱向種植水稻、西紅柿和谷物，同時發(fā)揮休閑與教育功能，顧客可以免費接受室內農藝培訓。而我國在這個領域的研究還處于起步階段，在2010年，我國首個城市垂直農場設計在深圳誕生，名為“綠美人”，綜合運用了風能、太陽能、清潔水再生等多項高新技術，能夠實現(xiàn)室內24小時不間斷生產糧食作物，飼養(yǎng)牲畜。我認為作為一個有幾千年農業(yè)文明的國家，應該更進一步積極探索，尋找新的突破口，將傳統(tǒng)農業(yè)與現(xiàn)代城市相結合。據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計劃署發(fā)布的《2013中國人類發(fā)展報告》預測，到2030年，中國將新增3.1億城市居民，城鎮(zhèn)化水平將達到70%。屆時，中國城市人口總數(shù)將超過10億，城市建設用地需求將會進一步擴大。然而中國的耕地面積由2001年的19.15億畝下降到2008年的18.25億畝，近兩年雖然總耕地面積又增加，但是人均耕地面積有10多年前的1.58畝減少到1.38畝，仍然低于世界平均水平。再加之我國自然災害頻發(fā)，糧食產量難以保持穩(wěn)定。在這種情況下，城市立體農場的出現(xiàn)，對于我國這樣人多地少的國家為解決人口激增與土地資源日趨短缺矛盾及應對全球糧食危機提供了一條全新的思路，向空間要土地，充分利用城市空間，可以大大提高我國人均耕地面積，繼續(xù)養(yǎng)活十幾億人口。同時，土地集約化生產、能源循環(huán)的利用符合我國可持續(xù)發(fā)展的大政方針，為營造綠色中國、美麗中國創(chuàng)造條件。筆者認為中國城市立體農場的嘗試可以從北京、上海、廣州這幾個大都市開始，在這里以北京為例，北京城市化起點高，發(fā)展速度快，城市人口增長迅速，相比起其他城市，北京市的外來人口遷入對城市化的貢獻更為明顯，第一產業(yè)和第一產業(yè)人員比重不斷下降。第一，在農產品供給方面，這種情況會造成農業(yè)生產成本的提高，而且很多農產品需要大量從外地引進，流通環(huán)節(jié)的成本增加，農產品的價格不斷上升，這就使得城市居民的生活成本不斷提高。同時耕地面積是有限的，為了保證供應數(shù)量，很多農產品的質量難以保證。垂直農場的高產特點可以在一方面提供充足供應，流通環(huán)節(jié)的減少可以進一步降低成本。同時這種透明的生產模式可以滿足高收入人群對食品安全有機的需求。第二，在居民生活方面，大都市的居民越來越重視生態(tài)生活，綠色生活等問題，城市立體農場可以一方面為居民提供親近綠色，科普教育，娛樂休閑的好去處，另一方面也可以作為城市廢棄物的處理場所，改善城市大氣質量。第三，北京市郊區(qū)面積大，空間遼闊，資源豐富，蘊藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?，同時地價與中心區(qū)相比較低。因此可以考慮在城郊結合地帶建立城市立體農場，也可以進一步帶動郊區(qū)發(fā)展。除此之外，“城中村”、社區(qū)中無商業(yè)價值的廢棄地都可以為城市立體農場提供良好的生長載體。第四，北京市高校眾多，人才云集，技術力量雄厚，可以在農場的設計與實施中提供強大的智力和技術支持。除此之外，城市垂直農場的吸納剩余勞動力，處理城市“三廢”等特點可以幫助解決城市過快發(fā)展帶來的“城市病”等問題。當然，就我國目前的發(fā)展水平來看，大規(guī)模實施城市立體農場的構想還不太現(xiàn)實。無論是在經濟基礎上，還是在技術支持上都還無足夠能力支撐，中國的農業(yè)規(guī)模化和機械化生產還處于初級階段，同時研究城市垂直農場的科研人員也為數(shù)不多，如果從國外引進其他配套的技術，必然成本巨大，后期的運營與維護又是一筆巨大的開支。這就需要國家、企業(yè)、高校等多方面的配合。首先國家政策上應該大力扶持，加大財政支出，對于有關投資企業(yè)給予稅收優(yōu)惠等政策。同時加大科研投入，尤其是在相應的無土栽培技術，能源再生技術等領域，推動不同學科之間的交流合作與協(xié)同創(chuàng)新，加強相關領域人才的培養(yǎng)。如果我國可以在這一領域取得突破，我認為可以在一定程度上徹底改變傳統(tǒng)的農耕模式，解決糧食供應的一大問題，為中國農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展開辟出一片新的天地。2011年BDCL-北方工業(yè)大學聯(lián)合舉辦城市立體農場全國高校建筑設計有獎競賽，還有2012年北京798藝術區(qū)城市立體農場設計大賽等就是中國在該領域的積極探索，我們相信中國會在城市立體農場的探索、設計、實施之路上走的更遠，也相信城市立體農場會有一個更光明的前景。

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作者簡介：盧峙宏（1995—），女，浙江金華人；中國人民大學農業(yè)與農村發(fā)展學院；13級本科生。